JP4117980B2

JP4117980B2 - 構造物のための支持杭

Info

Publication number: JP4117980B2
Application number: JP24810199A
Authority: JP
Inventors: 隆田蔵; 明大槻; 利行岩本; 範行荒川; 雅之大川
Original assignee: Kubota Corp; Shimizu Corp
Current assignee: Kubota Corp; Shimizu Corp
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2019-09-02
Also published as: JP2001073359A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物などの地上構造物のための支持杭に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物などの構造物を支持するために、杭基礎が利用されている。この種の杭基礎を構成する支持杭として、従来においては、鋼管杭や既製コンクリート杭や場所打ちコンクリート杭などが利用されている。この支持杭は、土砂層を貫通して支持層まで到達させるのが一般的であるが、その長さは数十メートルにも達する場合がある。そこで、複数の杭体どうしを互いに接合して、所定の長さの杭を構成することが行われている。
【０００３】
杭体どうしの接合部に関し、鋼管杭の場合は溶接によって接合を行うのが通例である。また既製コンクリート杭の場合も、適当な接合金具を溶接することによって、杭体どうしを接合している。これらの接合部は、いずれも上下の杭体どうしを強固に接合するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように上下の杭体どうしを強固に接合した剛接合構造の杭は、地震時に地盤が大きく変形した場合追従できず、このため杭に大きな応力集中が生じて深刻な被害が発生する可能性がある。このように上下の杭体どうしが剛接合構造を有する場合は、特に上下方向に沿った杭の中間部に大きな曲げ応力が発生する。また、溶接接合を行うものであるために、作業に手間および時間を要する。
【０００５】
そこで本発明は、このような問題点を解決して、構造物のための支持杭が地盤の変状に追従できるようにして、この支持杭への応力集中、特に杭の中間部に発生する大きな曲げ応力を緩和できるようにするとともに、この支持杭における接合部の接合工事を簡単にかつ短時間で行えるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明は、構造物を支持するために地中に埋め込まれる杭であって、一方の管体の端部に形成された受口の内部に他方の管体の端部に形成された挿口が挿入される継手構造により互いに接続された複数の管体によって構成されるとともに、管体どうしの継手部において、受口の内周と挿口の外周との隙間の範囲でこれら管体どうしが互いに屈曲可能とされているようにしたものである。
本発明によれば、上記において、挿口の先端の外周に突部が形成され、この突部よりも受口の開口端側における受口の内周にロックリング収容溝が形成され、この収容溝に収容されたロックリングが挿口の外周に押圧されていることで、継手部は、ロックリングによる押圧部を支点として受口と挿口とが互いに屈曲可能とされているようにすることができる。
また本発明によれば、上記において、受口の内周にゴムリング収容溝が形成され、この収容溝に収容されたゴムリングが、挿口を、受口に対して芯出しさせた状態で保持することが可能であることで、継手部は、ゴムリングの弾性に抗して受口と挿口とが互いに屈曲可能とされているようにすることができる。
【０００７】
このような構成であると、杭を構成する管体どうしの継手部においてこれら管体どうしが互いに屈曲可能とされているため、地盤の変状に追従可能となり、したがって杭への応力集中を緩和することができる。また継手部において管体どうしを単純に接合するだけで杭を構成できるため、その接合工事が簡単であり、しかも短時間で接合工事を完了することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、構造物としての建物１が建築された地盤２の断面を示す。３は地表である。地盤２において、４は、例えば砂、粘土、シルトなどからなる比較的軟弱な部分で、地表３から浅いところに位置する。また５は堅固な支持層で、地表３から深いところに位置する。
【０００９】
６は本発明にもとづく支持杭で、複数の支持杭６が地表３から地盤２における堅固な部分に到達する深さまで埋め込まれることで、建物１を支持している。支持杭６の杭頭は建物１の基礎梁に接合されている。
支持杭６は、鋳鉄製の複数の管体８（８Ａ、８Ｂ）が互いに上下に接続されることによって構成されている。９は管体どうしの継手部である。継手部９は、この継手部９を構成する一対の管体８（８Ａ、８Ｂ）どうしが互いに屈曲可能なように構成されている。
【００１０】
地震の発生時には、地盤２の表層部が液状化することがある。たとえば、図１に示す地盤２においては、比較的軟弱な部分４における地表３に近い部分のみが顕著に液状化し、それよりも深い部分は良好な状態を保つのが普通である。すなわち、図１に示された地盤２の比較的軟弱な部分４において、地震の発生時には、その浅いところが液状化層１０となるとともに、深いところは良好な地盤１１のままであることが多い。
【００１１】
図２は、地震の際に地盤２の表層部が液状化して、その液状化層１０が大きく変形し、移動した状態を示す。矢印Ａはその移動の方向である。この液状化層１０の移動によって、建物１も横方向に変位する。δはその変位量である。
支持杭６は、上述のように継手部９において管体８（８Ａ、８Ｂ）どうしが互いに屈曲可能であるために大きな可撓性を有し、図２に示すように液状化層１０が大きく変形することに追従して湾曲する。したがって、従来の剛接合構造の杭のように液状化層１０の側方への移動に抗して大きな応力集中が生じるようなことがなく、また継手部９は屈曲するだけで管体８（８Ａ、８Ｂ）どうしが離脱することはないので、屈曲状態でも杭６の支持力を保持することができる。
【００１２】
上述のように、地盤２の液状化による大きな変形は比較的軟弱な部分４における地表３に近い部分で顕著に発生するため、図２に示すようにこの液状化層１０の部分において支持杭６の撓みが特に大きくなる。これに対し、液状化の生じにくい深い部分では、図示のように支持杭６はあまり大きく撓むことはない。
これに対応して、地盤２の比較的軟弱な部分４における地表３に近い部分、すなわち液状化が発生する可能性のある部分では、短尺の管体８Ａを用いることで、この部分における継手部９の数を増やし、それによって支持杭６の撓みが大きくなることに対応することができる。すなわち、それぞれの継手部９においては所要の支持力を維持した状態で管体８Ａどうしに大きな屈曲角を付与することはできないが、このように短尺の管体８Ａを用いて継手部９の数を増やせば、個々の継手部９における管体８Ａどうしの屈曲角は小さくても、支持杭６の全体としては大きな撓みを発生させることが可能となる。
【００１３】
また、液状化の生じにくい深い部分、すなわち表層部が液状化しても良好な地盤１１の状態を維持できると予測される部分では、支持杭６が大きく撓むことがなく、したがって長尺の管体８Ｂを問題なく用いることができる。
図３は継手部９の一例を示す。ここで、下側の鋳鉄製の管体８の上端には受口１５が形成され、この下側の管体に接合される上側の鋳鉄製の管体８の下端には、受口１５の内部に挿入される挿口１６が形成されている。挿口１６の先端の外周には突部１７が形成されている。１８は受口の奥端面であり、この奥端面１８に挿口１６の先端面１９が当たることで、受口挿口間で杭６の支持力を伝達できるように構成されている。挿口１６の突部１７よりも開口端側における受口１５の内周には環状のロックリング収容溝２０が形成されており、このロックリング収容溝２０には、環状の周方向一つ割りの開き勝手のロックリング２１が収容されている。このロックリング２１は、受口１５の外周側からこの受口１５に径方向に貫通してねじ込まれかつ周方向に複数設置されたセットボルト２２により縮径されることで、収容溝２０から完全に突出せずにその一部が収容溝２０内に残った状態で、突部１７よりも受口１５の開口側における挿口１６の外周に押圧される。
【００１４】
このような構成の継手部９を構成する際には、収容溝２０にロックリング２１が装着された受口１５の内部に挿口１６を挿入して、その先端面１９を受口１５の奥端面１８に接触させる。そして、セットボルト２２のねじ込みによってロックリング２１を縮径させ、このロックリング２１を適度の力で挿口１６の外周に押圧させる。このように受口１５の内部に挿口１６を挿入してロックリング２１を挿口１６の外周に押圧させるだけで、従来のような溶接作業を必要とせずに、簡単かつ短時間に支持杭６を構築することができ、したがって施工性を向上できるとともに工期を短縮することができる。
【００１５】
また継手部９は、このような構成であり、また上述のようにロックリング２１は適度の力で挿口１６の外周に押圧されているだけであるので、図４に示すように、受口１５の内周と挿口１６の外周との隙間の範囲で、このロックリング２１による押圧部を支点として、受口１５と挿口１６とが互いに屈曲することができる。θはその屈曲角度である。
【００１６】
図２に示された変位量δは、継手部９が屈曲を行う部分の管体８の管長をＬとし、継手部９が屈曲を行う部分の管体８の本数をｎとし、図２に示すように継手部９が屈曲を行う部分における最上部の管体と最下部の管体とはその軸心方向が鉛直方向であるとして、次式によって求められる。
すなわち、ｎが奇数の場合は、
δ≒Ｌ×（２ｔａｎθ＋２ｔａｎ２θ＋………＋２ｔａｎ（（ｎ−１）／２）θ＋２ｔａｎ（（ｎ＋１）／２）θ）
によって求められ、またｎが偶数の場合は、
δ≒Ｌ×（２ｔａｎθ＋２ｔａｎ２θ＋………＋２ｔａｎ（（ｎ−２）／２）θ＋２ｔａｎ（ｎ／２）θ）
によって求められる。
【００１７】
具体例について説明すると、たとえば呼び径が６００ｍｍの短尺の管体８Ａの管長Ｌが１．５ｍであり、この管体８Ａについての屈曲を行う部分の本数ｎが８であり、各継手９における屈曲角度θが２°である場合には、建物１の変位量δは、

となる。この場合に長尺の管体８Ｂはたとえば管長が６ｍのものを用いることができる。
【００１８】
また、このように継手部９が屈曲しても、周方向の一定範囲において挿口１６の先端面１９と受口１５の奥端面１８との接触状態が維持されるため、この屈曲状態においても杭６による支持力を保持することができる。しかも、ロックリング２１と挿口１６の突部１７とが掛かり合い可能であるため、地震時に上側の管体すなわち挿口１６が受口１５から抜け上がることによる継手部９の離脱の発生を防止できる。図３に示すように管体８、８どうしが屈曲していない場合は、ロックリング２１によって挿口１６の外周を押圧することで、受口１５と挿口１６とを互いに芯出し状態で保持することができる。
【００１９】
図５は、継手部９の他の例を示す。ここでは、受口１５の内周にゴムリング収容溝２５が形成され、この収容溝２５に環状のゴムリング２６が収容されている。このゴムリング２６は受口１５の奥側に向かうにつれて内径が小さくなるような断面Ｖ字形に形成され、その内周突出部２７が挿口１６の外周面を押圧することで、挿口１６を受口１５に対して芯出しさせた状態で保持することが可能である。挿口１６の外周には突部は形成されていない。またゴムリング２６は上述のようにその内周面が受口１５の奥側に向かうにつれて内径が小さくなるようにテーパ状に形成されているため、挿口１６を受口１５の奥側へ挿入する際のガイドとして機能する。
【００２０】
このような構成であると、図５において仮想線で示すように、挿口１６はゴムリング２６の弾性に抗して受口１５に対し屈曲することができる。
図６は、継手部９のさらに他の例を示す。ここでは、受口１５の奥部に内周面３０が形成され、この内周面３０は、外周に突部を有しない挿口１６の先端部を適度の隙間３１を保った状態で収容することができるように形成されている。また受口１５の開口端の内周には突部３２が形成され、この突部３２の内周と挿口１５の外周との間には、仮想線で示すように挿口１６が受口１５に対して所定の角度で屈曲できる隙間３３が形成されている。
【００２１】
このような構成によっても、同様に継手部９において受口１５と挿口１６とが屈曲することができる。特に、この図６のものでは、受口１５に挿口１６を挿入するだけで継手部９を構成でき、上述の例のようなロックリングやゴムリングを用いる必要がないため、簡単な構成で所要の機能を発揮させることができる。
なお、継手部９としては、上記において例示したもののほかに、受口１５と挿口１６との屈曲を許容した適宜の構成のものを利用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、構造物を支持するために地中に埋め込まれる杭が、継手構造により互いに接続された複数の管体によって構成されるとともに、管体どうしの継手部においてこれら管体どうしが互いに屈曲可能とされているようにしたため、地盤の変状に追従可能とすることができ、したがって特に杭の中間部に過大な曲げ応力が発生することを防止できる。また継手部において管体どうしを単純に接合するだけで杭を構成できるため、その接合工事が簡単であり、しかも短時間で接合工事を完了することができ、このため工期の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の地上構造物のための支持杭の使用例を示す図である。
【図２】図１の地盤に液状化による大きな変形が生じたときの状態を示す図である。
【図３】図１および図２における継手部の一例を示す図である。
【図４】図３の継手部が屈曲したときの状態を示す図である。
【図５】図１および図２における継手部の他の例を示す図である。
【図６】図１および図２における継手部のさらに他の例を示す図である。
【符号の説明】
１建物
２地盤
８（８Ａ、８Ｂ）管体
９継手部
１５受口
１６挿口
２１ロックリング
２２セットボルト

Claims

構造物を支持するために地中に埋め込まれる杭であって、一方の管体の端部に形成された受口の内部に他方の管体の端部に形成された挿口が挿入される継手構造により互いに接続された複数の管体によって構成されるとともに、管体どうしの継手部において、受口の内周と挿口の外周との隙間の範囲でこれら管体どうしが互いに屈曲可能とされていることを特徴とする構造物のための支持杭。
挿口の先端の外周に突部が形成され、この突部よりも受口の開口端側における受口の内周にロックリング収容溝が形成され、この収容溝に収容されたロックリングが挿口の外周に押圧されていることで、継手部は、ロックリングによる押圧部を支点として受口と挿口とが互いに屈曲可能とされていることを特徴とする請求項１記載の構造物のための支持杭。
受口の内周にゴムリング収容溝が形成され、この収容溝に収容されたゴムリングが、挿口を、受口に対して芯出しさせた状態で保持することが可能であることで、継手部は、ゴムリングの弾性に抗して受口と挿口とが互いに屈曲可能とされていることを特徴とする請求項１記載の構造物のための支持杭。